Dans quelle mesure un rehausseur de voiture utilisant des supercondensateurs serait-il pratique?

Actuellement, les amplificateurs de voiture (une unité portable chargée d'une prise de courant et ensuite connectée au système électrique de la voiture pour démarrer une voiture lorsque la batterie de la voiture est morte) utilisent généralement des batteries - au plomb, Li-Ion ou LiFePO4. Sur plusieurs années, une batterie du booster s'use.

Serait-il pratique d'utiliser une batterie de supercondensateurs plus durables au lieu d'une batterie dans un booster?

J'ai commencé cette réponse en m'attendant à ce que la réponse ne soit "pas une chance" mais un rapide coup d'œil aux spécifications et aux prix suggère que vous pourriez faire quelque chose d'intéressant et d'utile dans une certaine mesure mais que c'est vraiment peu pratique et certainement rentable jusqu'à présent et peu probable être encore rentable pour quelques cycles de la loi de Moore.

Supposons que le démarrage nécessite 500 A à 12 V pendant 1 seconde.
C'est beaucoup trop élevé dans de nombreux cas - mais des courants plus bas pendant plus longtemps sont plus courants, surtout par une matinée très froide.
Ajustez les hypothèses en fonction.

Énergie dans un condensateur pour 1 Farad à 12 Volt = Disons 70 Watt secondes par Farad.
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

voiture = seconde comme ci-dessus = 6000 Watt secondes.$12V \cdot 500A \cdot 1$

Ainsi , la capacité nécessaire pour fournir cette énergie à 12V = .
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

La plupart des supercondensateurs sont de 2,5 V à 3,3 V pour des raisons techniques.

Vous pouvez utiliser des modules comme cette unité 42V 100F qui mesure 550 x 270 x 110 mm et pèse 13 kg. La note qu'il stocke 88200 Joule est donc 88200/6000 ~ = 15 fois plus grande capacité que la solution de démarrage unique ci-dessus.

Pour construire un bouchon 12V à partir de bouchons 3v3, il faut 4 en série et 2V5 = 5 en série. Placer des condensateurs en série réduit la capacité en proportion inverse de la quantité, nous aurions donc besoin de 400F avec des condensateurs 3v3 et de 500F avec des condensateurs 2V5.

Murphy étant actif, il serait judicieux d'utiliser disons 1000F x 12v = 5 x 200F à 2V5.

À ce stade, cela devient intéressant car nous constatons par exemple que Digikey vous vendra des supercaps dans cette gamme.

Le coût est très approximativement de 10 cents par Farad, donc un 200F ~~ = 20 $ un 4 coûte 80 $. Dites 1000 $.

Un coup d'œil aux spécifications montre que nous n'en sommes pas encore là.
AUCUN courant de décharge max spécifié mais une résistance interne d'environ 10 milliohm, soit peut-être 200+ ampères en court-circuit. Chargé pour un transfert de puissance maximum à Rload = Rinternal = 10 milliohm disons, c'est 100 + A.
Ce n'est pas vraiment assez grossier pour le démarrage de la voiture, et nous n'avons pas encore examiné la chute de tension pour extraire l'énergie, etc.

Notez qu'à un plafond a épuisé 75% de son énergie. Si un plafond est le double du contenu énergétique nécessaire, le drainer à 70% fournira la moitié de l'énergie interne avec l'autre moitié stockée pour la prochaine fois "$\frac{V}{2}$

Assez clairement, une «batterie» qui est bonne pour un démarrage n'est généralement pas utile. Des bouchons beaucoup plus grands à une charge plus élevée sont nécessaires. Et même alors, il ne sera pas possible d'approcher la capacité énergétique d'une batterie.

Donc - pas encore pratique - mais en y allant lentement. Peut-être 10 ans (environ 7 cycles de loi de Moore)

470 - 3300 cellules Farad x 2,5 V.

Fuite:

La fuite de ce qui précède est de 0,5C mA - donc pour un capuchon de 200 F, c'est une fuite de 100 mA. Un farad fournira cela pendant 10 secondes et baissera un volt.

Ainsi, un plafond de 200F prendra secondes pour perdre un volt. A besoin de travail! Certains seront bien meilleurs que cela.$2 \cdot 200F = 400$

Les batteries ont une courbe de tension en charge relativement plate, jusqu'à un certain point. Les condensateurs ont une courbe linéaire de tension sur charge.

Avec les batteries, vous pouvez simplement configurer le bloc-batterie d'appoint de manière à ce que la tension réponde à vos besoins sur une large plage de pourcentage de charge.

Avec les condensateurs, ce n'est pas une option, car la tension changerait rapidement avec l'utilisation. Pour l'utiliser, vous auriez besoin d'une électronique de puissance pour fournir la bonne tension.

De plus, actuellement l'énergie spécifique (énergie stockée par poids) des supercaps est toujours inférieure à celle fournie par les batteries. Cela pourrait changer d'ici quelques années.

Ainsi, en ce moment, les supercaps fournissent moins d'énergie et nécessitent une électronique de puissance supplémentaire, ce qui rend leur utilisation comme source d'alimentation inefficace.

Discussion très intéressante; J'apprécie les calculs approfondis et détaillés. Même si la technologie actuelle semble indiquer que ce n'est pas une application pratique, j'ai trouvé un bricoleur qui semble avoir réussi: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Voici un produit commercial conçu pour l'installation sur 18 roues pour assurer la puissance de démarrage; dans cette conception, l'une des quatre batteries de camion est remplacée par le module de démarrage du moteur à ultra-condensateur, mais sur son propre câblage: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Peut-être qu'avec des considérations de conception minutieuses, ces réseaux à ultra-condensateurs peuvent être utiles dans certaines situations.

Dans le cadre de mon travail, j'ai quelques outils qui comparent les batteries de condensateurs pour une tension de démarrage, une tension de fin, une puissance de charge et un temps donnés. Tient également compte des valeurs ESR et EOL. Ma banque de données n'a pas tous les ultracaps, bien sûr, mais elle a un certain nombre de suspects les plus probables.

Supposons donc que la batterie que vous utilisez normalement démarre à 13,2 V sans charge et tombe à 7 V lorsqu'elle est chargée à 500 A. Nous pouvons calculer notre puissance à partir de la tension bas de gamme, car c'est clairement suffisant pour démarrer la voiture. Pour tirer 3500W pendant une seconde d'un ultracap et rester dans cette plage de tension, la meilleure combinaison que je vois serait deux de ceux - ci en parallèle. Vous parlez donc de> 3 000 $ d'ultra-caps pour remplacer une batterie de ~ 100 $. Vous pourriez vous en tirer avec un module ultracap au lieu de deux, surtout si vous n'utilisez pas de valeurs de fin de vie, mais vous auriez beaucoup moins de frais généraux et vos pertes ESR augmenteraient considérablement. Même alors, et même avec une tarification directe du fabricant, vous parlez toujours de 1500 $.

C'est donc faisable, et pas complètement fou. Qu'elle soit rentable ou non dépend en grande partie du coût de votre batterie et de la fréquence à laquelle vous devez la remplacer pendant la durée de vie de votre banque de bouchons.

En ce qui concerne la façon dont vous chargez l'ultracap lui-même, je ne pense pas que ce soit un problème. La tension aux bornes de cette capacité à une charge de 3 500 W après une seconde est d'environ 10,2 V, nous parlons donc d'une charge de 11,5 kJ perdue dans les bouchons. (Nous fournissons donc 3,5 kJ à la charge et 8 kJ perdus dans l'ESR!) Cela peut être chargé sur une prise murale en quelques secondes. Si vous voulez un deuxième coup et que vous avez une prise murale n'importe où à proximité, ça devrait aller. Et vous n'êtes nulle part près de la limite de tension des condensateurs, ce qui signifie que votre chargeur n'a pas besoin d'être particulièrement intelligent, comme un chargeur Li devrait l'être.

Edit: je suis tombé à nouveau sur cette question et j'ai réexécuté les chiffres en fonction des nouveaux outils, des prix et des pièces disponibles. La solution la plus rentable semble désormais être cinq d'entre elles en parallèle, avec un coût d'environ 600 $. Et cela suppose toujours des valeurs EOL sur les bouchons. Pour nominal, vous n'en aurez besoin que de trois en parallèle. Vaste amélioration au cours des deux dernières années! Cela pourrait en fait payer pour lui-même!